9.1: mieszaniny i roztwory

roztwór to inna nazwa jednorodnej mieszaniny. Mieszanina jako materiał składający się z dwóch lub więcej substancji. W roztworze połączenie jest tak intymne, że różnych substancji nie można odróżnić wzrokiem, nawet za pomocą mikroskopu. Porównaj na przykład mieszaninę soli i pieprzu oraz inną mieszaninę składającą się z soli i wody. W pierwszej mieszaninie możemy łatwo zobaczyć pojedyncze ziarna soli i drobinki pieprzu. Mieszanka soli i pieprzu nie jest rozwiązaniem. Jednak w drugiej mieszaninie, bez względu na to, jak uważnie patrzymy, nie widzimy dwóch różnych substancji. Solą rozpuszczoną w wodzie jest roztwór.

głównym składnikiem roztworu, zwanym rozpuszczalnikiem, jest zazwyczaj ta sama Faza, co sam roztwór. Każdy mniejszy składnik roztworu (a może być więcej niż jeden) nazywany jest roztworem. W większości rozwiązań, które opiszemy w tym podręczniku, nie będzie dwuznaczności co do tego, czy składnik jest rozpuszczalnikiem, czy rozpuszczonym. Na przykład w roztworze soli w wodzie rozpuszczoną jest sól, a rozpuszczalnikiem woda.

roztwory występują we wszystkich fazach, a rozpuszczalnik i substancja rozpuszczona nie muszą znajdować się w tej samej fazie, aby utworzyć roztwór (taki jak sól i woda). Na przykład powietrze jest gazowym roztworem około 80% azotu i około 20% tlenu, przy czym inne gazy występują w znacznie mniejszych ilościach. Stop jest stałym roztworem składającym się z metalu (takiego jak żelazo) z rozpuszczonymi w nim innymi metalami lub niemetalami. Przykładem roztworu stałego jest stal, stop żelaza i węgla oraz niewielkie ilości innych metali. Table \(\PageIndex{1}\) zawiera listę typowych rozwiązań, z przykładami każdego z nich.

co powoduje powstanie rozwiązania? Prosta odpowiedź jest taka, że rozpuszczalnik i substancja rozpuszczona muszą mieć podobne interakcje międzycząsteczkowe. W takim przypadku poszczególne cząstki rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej mogą łatwo mieszać się tak ściśle, że każda cząstka substancji rozpuszczonej jest otoczona cząstkami substancji rozpuszczonej, tworząc roztwór. Jeśli jednak dwie substancje mają bardzo różne interakcje międzycząsteczkowe, potrzebne są duże ilości energii, aby zmusić ich poszczególne cząstki do ścisłego wymieszania, więc roztwór nie tworzy się. Tak więc dwa alkany, takie jak n-heptan, C7H16 i n-heksan, C6H14, są całkowicie mieszalne we wszystkich proporcjach. Cząsteczki C7H16 i C6H14 są tak podobne (przypomnijmy, sekcja 4.6), że istnieją tylko nieznaczne różnice w siłach międzycząsteczkowych.

z podobnego powodu metanol, CH3OH, jest całkowicie mieszalny z wodą. W tym przypadku obie cząsteczki są polarne i mogą tworzyć wiązania wodorowe między sobą, a więc w każdej cieczy występują silne przyciągania międzycząsteczkowe. Jednak dipole CH3OH mogą się równać z dipolami H2O, a cząsteczki CH3OH mogą wiązać wodór z cząsteczkami H2O, a więc atrakcje między cząsteczkami w roztworze są podobne do tych wśród podobnych cząsteczek w każdej czystej cieczy.

proces ten prowadzi do prostej reguły: like rozpuszcza się like. Rozpuszczalniki, które są bardzo polarne, rozpuszczają substancje, które są bardzo polarne, a nawet jonowe. Rozpuszczalniki niepolarne rozpuszczają niepolarne roztwory. Tak więc woda, będąc polarną, jest dobrym rozpuszczalnikiem dla związków jonowych i rozpuszczonych polarnych, takich jak etanol (C2H5OH). Jednak woda nie rozpuszcza niepolarnych substancji rozpuszczalnych, takich jak wiele olejów i smarów (rysunek \(\PageIndex{1}\)).

używamy słowa rozpuszczalny do opisu substancji rozpuszczalnej, która rozpuszcza się w określonym rozpuszczalniku, a słowo nierozpuszczalny do substancji rozpuszczalnej, która nie rozpuszcza się w rozpuszczalniku. Tak więc mówimy, że chlorek sodu jest rozpuszczalny w wodzie, ale nierozpuszczalny w heksanie (C6H14). Jeśli substancja rozpuszczalna i rozpuszczalnik są zarówno cieczami, jak i rozpuszczalnymi w dowolnej proporcji, używamy słowa mieszalny, a słowa mieszalny, jeśli nie są.

ćwiczenia \(\PageIndex{2}\)

czy I2 będzie bardziej rozpuszczalny w CCl4 czy H2O?

odpowiedź

I2 jest niepolarne. Z dwóch rozpuszczalników CCl4 jest niepolarny, a H2o jest polarny, więc I2 będzie bardziej rozpuszczalny w CCl4.